基于Matlab的变速恒频双馈风力发电场最大安装容量的确定

以变速恒频风电机组为主要研究对象,建立了双馈发电机的数学模型;介绍了风电场最大安装容量的计算方法。利用Matlab/Simulink建立了风电仿真系统的模型,论述了仿真的方法和过程;以IEEE-9节点系统为例,把风电场加入该系统,针对风电仿真系统模型,从静态和动态两方面综合进行考虑,计算并确定了其风电机组的最大安装容量。     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究.从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理;基于双馈风电机组的动态数学模型,通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响,分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响,仿真计算进一步验证了理论分析的结果;最后得出结论:基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组.     

基于永磁同步风力发电机的风-柴油互补发电系统

在孤立电网中,例如风一柴油互补发电系统,相对高的风电穿透功率能够在很大程度上降低燃料消耗,节约运行成本,但是,风力发电机输出的随机功率扰动给系统带来电压和频率的变化,会对系统稳定性造成相当大的影响.建立了多极永磁同步风力发电机与柴油同步发电机的数学模型,用PSCAD/EMTDC对永磁同步风力发电机与柴油发电机供电的风-柴油互补发电系统进行了仿真和分析.仿真和分析结果表明:基于多极永磁间步风力发电机的风-柴油互补发电系统可以依靠柴油发电机的调节系统实现较高的风电穿透功率和良好的动态性能.     

风电系统容量的优化配置探讨

通过仿真软件和遗传算法2种途径,对风电系统容量的优化配置进行了研究,旨在分析风电容量占电网总容量的最佳比例。研究确定了适于Matlab优化工具箱(Optimization Toolbox)的目标函数和约束条件。将遗传算法理论应用于风电穿越功率的研究,建立了基于遗传算法的优化数学模型,构造了带有惩罚项的适值函数,设计了优化计算流程。以布尔津风电-水电网络为具体的研究对象,采用2种方法对风电系统临界稳定的容量进行优化配置的计算仿真。利用Matlab优化工具箱对布尔津风电-水电网络的优化结果为:当风电总容量占电网总容量13.9%时,系统失稳,结果与该电网实际投运风电容量13.9%时仍稳定运行的情况不符。利用遗传算法对该电网风电容量的优化结果为:15.2%是该电网风电穿越功率的上限。     

带有储能装置的风电与水电互补系统的研究

在对风电、水电的互补性进行分析的基础上,构建了含储能装置（如蓄电池）在内的风电水电互补系统（简称风-蓄-水电互补）,旨在其综合功率特性得到改善,从而保证其接入系统的运行安全。首先建立了风-蓄-水互补系统的优化运行数学模型,确定了互补系统的日收益最大为目标函数。然后依据所收集的某地区风电场的实测风速和水电厂的历史径流量等资料,考虑了接入系统可接受/供给功率,系统功率平衡等约束条件,运用粒子群优化算法对给定问题进行了求解。仿真结果表明：在枯水期,通过配置合适容量的蓄电池,安排风电带基荷、水电调峰的这种运行计划是可行的。它既能保证互补系统的功率输出对电网的扰动在允许范围内,且可充分利用可再生能源并获得满意的收益。     

应用Matlab对风电系统的动稳仿真

针对新疆布尔津风电网络,进行了动态稳定性仿真。利用Matlab建立了含励磁和调频系统的同步发电机及随风速变化的异步发电机系统的仿真模块,仿真风电网的5种情况,分析了同步发电机功角特性曲线和定子电压波动曲线。仿真分析结果表明,风电容量占系统总容量比例不能超过15%,否则,风电系统稳定性将被破坏。     

双馈风力发电机组及其低电压穿越技术

从双馈电机的基本工作原理出发,建立了双馈发电机的数学模型,并对其在风速发生变化时进行仿真.研究了双馈风电机组在电网故障时的运行情况,通过硬件方法使双馈风电机组具有更强的低电压穿越能力.也就是在电网出现短暂故障时,风电机组还能保持并网运行.     

风-光-蓄电-燃煤互补系统的参数匹配优化

为在实现可再生能源消纳的同时保证传统火电厂的经济运行,提出一种风-光-蓄电-燃煤多能互补系统,在兼顾风电与光伏互补的基础上,还考虑了增设蓄电池的影响。以2×350 MW燃煤机组为例,通过理论分析,建立多能互补系统数学模型,分别从单一消纳、互补消纳、风电容量优化以及蓄电调节辅助4个方面进行分析,提出系统参数优化设计方法。结果表明:对于该燃煤机组,在新能源单一消纳情景下,风电消纳总量占比为1.45%,其容量 设定为13 MW,光伏消纳总量占比为3.2%,其容量设定为49 MW;采用耦合风-光互补消纳方式后,新能源电力总消纳量可达到4.2%,其中风电容量为11 MW,光伏容量为 45 MW;进一步优化风电容量,可将新能源电力消纳总量占比提高到6.91%;在此基础上,通过设定蓄电池具体参数可将互补系统新能源电力消纳总量占比提高到22.55%。研究结果可为适应高比例新能源电力的嵌入提供参考。     

大型变速恒频风力发电机组建模与仿真

建立了包含风速、风力机和风力机机械控制部分、双馈发电机、变频器及发电机电气控制部分的变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型；应用MATLAB软件中的simulink环境，以建立的数学模型为基础搭建了变速恒频风电机组数字仿真工具。并以渐变风和随机风为例，对由10台单机容量为1500kW变速恒频风电机组组成的风电场并网后的运行特性进行了仿真研究。仿真结果表明了变速恒频风电机组良好的运行特性及模型的正确性。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

基于小脑模型神经网络-比例积分微分控制的异步风力发电机组软并网控制系统建模与仿真

分析了利用晶闸管进行软并网的原理；采用改进的小脑模型神经网络与比例积分微分并行控制方法对风力发电的异步发电机并网过渡过程进行了研究；利用Matlab/ Simulink平台建立了仿真控制模型。不同风速下风电机切入电网的仿真结果验证了文中所提出控制方案的正确性：采用该控制方案可将并网冲击电流控制在额定电流的2倍以内，且该软并网系统具有较好的稳定性、实时性。     

异步风力发电机软并网过渡过程研究

软并网是目前大型异步风力发电机组并网的关键控制技术。利用复数分量法对用于风力发电的异步发电机并网过渡过程进行了分析。利用晶闸管进行软并网的原理,并利用Matlab/Simulink平台,建立了电流PI单闭环控制模型,并验证了该控制方案的正确性。使并网电流控制在额定电流的1.25~2倍以内,对实际软硬件系统的设计具有一定的指导意义。     

风电接入对海上油田平台电网稳定性的影响

孤立电网接入风电可以节约燃料，降低运行成本。受风电特性的影响，风电穿透功率使电网在节约燃料的同时，也对电网稳定性造成了很大的影响。文章建立了包括燃气轮机在内的电网模型和多极永磁同步风力发电机模型，评价了由燃气轮发电机供电的海上油田平台孤立电网接入风电时的电网稳定性，并通过仿真研究了该海上油田平台孤立电网接入风电的最大穿透功率。PSCAD/EMTDC的仿真结果和中国海洋石油总公司建造的海上风力发电站的成功并网均表明，文中的平台电网能保持电网频率和负荷电压在规定的范围内。     

双馈风力发电机组系统接入与稳定运行仿真

分析了包含大量异步风力发电机组的风电场并网运行后对电力系统静态和动态稳定性的影响。从系统接入和稳定运行的角度研究了双馈风力发电机组及普遍采用的定子磁链定向矢量控制策略在提高风电系统稳定性方面的优势与不足。以实际机组为例在PSCAD/EMTDC平台上建立了仿真模型，结果表明双馈风力发电机组在风速发生变化时不仅能够以变速恒频方式运行并追踪最大风能，且电网电压也比传统鼠笼式风力发电机组更为稳定。在系统发生最严重的三相接地故障时，风电场具有更好的暂态稳定性。     

国外风力发电导则及动态模型简介

分析了美国、丹麦、德国、苏格兰以及爱尔兰等欧美国家输电网运行公司针对风力发电制定的电网导则及其对风力发电动态仿真提出的要求,讨论了四种典型风力发电机组的动态建模,并给出了恒速感应式风力发电机组和变速双馈风力发电机组的仿真实例.仿真结果表明风力发电机组具有很多不同于同步电机或马达类负荷的特性,应认真研究其对电力系统规划和运行的影响.电网导则的更新以及风机的动态建模是目前电力系统面临的重要课题.     

Speed control of grid-connected switched reluctance generator driven by variable speed wind turbine using adaptive neural network controller

In wind energy conversion system, variable speed operation is becoming popular nowadays, where conventional synchronous generators, permanent magnet synchronous generators, and doubly fed induction generators are commercially used as wind generators. Along with the existing and classical solutions of the aforementioned machines used in wind power applications, the switched reluctance generator (SRG) can also be considered as a wind generator due to its inherent characteristics such as simple construction, robustness, low manufacturing cost, etc. This paper presents a novel speed control of switched reluctance generator by using adaptive neural network (ANN) controller. The SRG is driven by variable speed wind turbine and it is connected to the grid through an asymmetric half bridge converter, DC-link, and DC-AC inverter system. Speed control is very important for variable speed operation of SRG to ensure maximum power delivery to the grid for any particular wind speed. Detailed modeling and control strategies of SRG as well as other individual components including wind turbine, converter, and inverter systems are presented. The effectiveness of the proposed system is verified with simulation results using the real wind speed data measured at Hokkaido Island, Japan. The dynamic simulation study is carried out using PSCAD/EMTDC.     

DSG软并网型风力发电机组控制系统的研制

介绍了双速电机(DualSpeedGenerator,简称DSG)软并网型风力发电机组控制系统的构成和特点。系统采用双向晶闸管的软切入法,使DSG并网。这种软并网可以实现一个平稳的并网过渡过程而不会出现冲击电流。该控制系统采用了可编程逻辑控制器(PLC)、触摸屏和工业控制计算机等设备,实现了风力发电机组的自动起动、自动进行高低速电机之间的切换、自动保护等功能,使该WT组能够在长期无人值守情况下安全运行。     

风电场故障特性仿真研究

在DIgSILENT/Power Factory中构建了含风电场的电力系统仿真模型,对由恒速异步风电机组和双馈异步风电机组构成的风电场的故障特性及其影响因素进行了仿真研究,对比分析了不同类型的风电机组与相同容量的同步机组的故障特性的异同。仿真和分析结果表明：不同类型的风电场在系统故障时提供的短路电流不同,并远小于相同容量的同步机组所提供的短路电流,因此可以在短路电流过大的地点建设相同容量的风电场而不是传统的火电厂;在含风电场的配电网中,要考虑风电场对继电保护的影响,在风电接入系统的可研阶段不能简单将风电场视为相同容量的同步机组进行研究。     

Impact of FACTS controllers on the stability of power systems connected with doubly fed induction generators

The increasing power demand has led to the growth of new technologies that play an integral role in shaping the future energy market. Keeping in view of the environmental constraints, grid connected wind turbines are promising in increasing system reliability. This paper presents the impact of FACTS controllers on the stability of power systems connected with wind energy conversion systems. The wind generator model considered is a variable speed doubly fed induction generator model. The stability assessment is made first for a three phase short circuit without FACTS controllers in the power network and then with the FACTS controllers. The dynamic simulation results yield information on (i) the impact of faults on the performance of induction generators/wind turbines, (ii) transient rating of the FACTS controllers for enhancement of rotor speed stability of induction generators and angle stability of synchronous generators. EUROSTAG is used for executing the dynamic simulations.     

Disconnection control of wind power generators for the purpose of reducing frequency fluctuation

This paper proposes a new approach for disconnection control of wind power generators to reduce the frequency fluctuation caused by wind power. The approach is based on the correlation between frequency and total output of wind power generators and the turbulence degrees of individual wind power generators. At a control center, frequency and all the outputs of wind power generators are monitored, and the correlation and the turbulence degrees are computed on‐line. If the large variation of frequency is detected, then whether the variation comes from the wind power generators or loads is checked by using the correlation. When the wind power generators cause the frequency variation, the wind power generator with maximum turbulence degree is searched and disconnected from the power systems. This search and disconnection process is repeated until the correlation reaches the level where the frequency variation observed is not caused by the wind power generators. The effectiveness of the proposed approach was confirmed with the simulation studies of a two‐area interconnected power system including many wind power generators. The results show that the correlation and the turbulence degree are useful for the reduction of frequency fluctuation so as not to disconnect too many wind power generators. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(1): 10–18, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20911